Aktinobakteriler, çeşitli alanlarda önemli uygulamaları olan birincil ve ikincil metabolitleri üretmeleriyle tanınır. Ayrıca endüstriyel ölçekte üretilen çok çeşitli önemli enzimler için umut verici bir kaynaktır. Piyasadaki antibiyotiklerin büyük bir kısmı bu bakterilerden elde edilmektedir. Kanser tedavisi için yararlı enzim inhibitörleri ve bağışıklık tepkisini artıran immüno-değiştiriciler üretirler. Çok çeşitli hidrokarbonları, böcek ilaçlarını, alifatik ve aromatik bileşikleri parçalama kabiliyetine sahiptirler. Ticari değeri yüksek bir alan olan organik bileşiklerin mikrobiyal dönüşümlerini gerçekleştirirler. Pek çok aktinobakteri cinsinin üyeleri, potansiyel olarak yetersiz kullanılan tarımsal ve kentsel atıkların yüksek değerli kimyasal ürünlere biyo dönüşümünde kullanılabilir. Aktinobakteriler bitki biyo teknolojisinde de önemlidir, çünkü bitki patojenlerine karşı antagonistik aktiviteye sahip suşlar biyolojik kontrolde yararlıdır. Metabolik potansiyelleri araştırma için güçlü bir alan sunar.
Antimikrobiyaller (İlaç Üretimi)
Aktinobakteriler, sağlık ve beslenme için son derece önemli olan çeşitli ilaçların üretiminde önemli bir role sahiptir. Son zamanlarda, çoklu ilaca dirençli patojenik bakterilere bağlı hastalıklar giderek artmaktadır ve bu nedenle yeni antibiyotik arayışı, çoklu ilaca dirençli patojenlere karşı etkilidir. Yeni yapılara sahip doğal ürünlerin yararlı biyolojik aktivitelere sahip olduğu gözlemlenmiştir. Antibakteriyel bileşiklerin kimyasal sentezi ve tasarlanmış biyosentezi alanlarında önemli ilerleme olmasına rağmen, doğa her zaman yeni antibiyotikler için en zengin ve en çok yönlü uygun kaynak olmaya devam etmektedir. Bazı antibiyotiklerin toksik doğası, bugüne kadar binlerce antibiyotik keşfedilmiş olmasına rağmen, sınırlı kullanımlarına yol açmıştır. Bu sorunu aşmak için daha etkili ve toksik yan etkisi olmayan yeni antibiyotik arayışları devam etmektedir.
Daha önce de belirtildiği gibi, en büyük sağlık sorunlarından biri antibiyotik direncidir. Bu sorunu çözmek için bir yaklaşım, yeni etki mekanizmasına sahip yeni antibiyotikler aramaktır. Antibiyotiklerin çoğunun mikroorganizmalardan, özellikle de aktinobakteri türünden türediğini göstermektedir. Dünyadaki antibiyotiklerin neredeyse % 80’inin aktinobakteriden, çoğunlukla da streptomyces ve mikromonospora türlerinden elde edildiği bilinmektedir. Özellikle streptomyces türler, çoğu güçlü antibiyotik olan sekonder metabolitler olan yaklaşık 7600 bileşik üretirler ve bu da farmasötik endüstrisi tarafından kullanılan birincil antibiyotik üreten organizmalar haline getirmiştir. Cinsin yeteneğinin arkasındaki sebep streptomyces ticari olarak önemli bileşikler üretmek, bu bakterilerin ekstra büyük DNA tamamlayıcısı nedeniyle üstün olmaya devam etmektedir. Son elli yılda 12.000’den fazla antibiyotiğin keşfedildiği tahmin edilmektedir ve bunlardan aktinobakteriler bunların yaklaşık % 70’ini, geri kalan % 30’unu filamentli mantarlar ve aktinobakteriler olmayan ürünlerdir. Aktinobakteriden elde edilen antibiyotiklerden bazıları aşağıdaki gibidir:
• Aminoglikozitler (streptomisin ve kanamisin),
• Ansamisinler (rifampin),
• Antrasiklinler (doksorubisin),
• β-laktam (sefalosporinler),
• makrolidler (tetrasiklin)
Streptomyces suşlar, bilinen antibiyotiklerin çoğunu üretiminde kullanılmıştır ve bu organizmaların, potansiyel rakipleri öldürmek için antibiyotik ürettikleri bilinmektedir. Kullanılan ilk antibiyotiklerden biri, streptomyces griseus tarafından üretilen streptomisindir. Gerçekten farklı streptomyces türler ticari ve tıbbi olarak yararlı antibiyotiklerin yaklaşık % 75’ini oluşturur. Yeni antibiyotiklerin taranması sırasında, çeşitli çalışma streptomisetlerin farklı habitatlardan izole edilmesine yöneliktir. Farklı beslenme ve kültür koşulları, çocuğun yeteneğini etkileyebilir. Streptomyces antibiyotik oluşturmak için kültürler ve dolayısıyla besi yeri yapısı, üreten organizmanın metabolik kapasitesi ile birlikte antibiyotik biyosentezini büyük ölçüde etkiler.
Antagonistik aktinobakteriler, kimyasal yapıları, antimikrobiyal etkileri, hayvanlar üzerindeki toksisiteleri ve kemoterapötik potansiyelleri açısından değişen çeşitli antibiyotik üretimlerinde kullanılır. Aktinobakterilerden şimdiye kadar izole edilen antibiyotiklerin bazıları ham preparatlardır, diğerleri ise kristalleştirilmiştir. Bununla birlikte lizozim, aktinomisin, mikromonosporin, streptotrisin, streptomisin ve misetin içeren kimyasal yapıları hakkında önemli bilgiler elde edilmiştir. Bazı aktinobakteriler birden fazla antibiyotik madde üretir ve aynı antibiyotik farklı türleri tarafından üretilebilir. Bu nedenle, belirli bir antibiyotik, kimyasal bileşimi ve spektrumuyla gösterildiği gibi, farklı aktinobakteriler tarafından üretildiğinde bile aynı olabilir.
Enzimler
Hem deniz hem de karasal aktinobakteriler tarafından çok çeşitli biyolojik olarak aktif enzimler üretilir. Hücrelerin dışına amilaz salgılarlar ve bu da hücre dışı sindirimi gerçekleştirmelerine yardımcı olur. Bu enzim, nişastayı bozma kabiliyetleri nedeniyle gıda endüstrisi, fermantasyon ve tekstil gibi biyo teknolojik uygulamalarda kağıt endüstrilerinde büyük önem taşımaktadır. Aktinobakterilerin bir başka önemli yönü, selülozun ve ilgili sello-digosakarit türevlerinin glukozidik bağlarını hidrolize eden hidrolitik enzimlerin bir koleksiyonu olan selülazların üretimidir. Lipaz, çeşitli aktinobakteriler, bakteriler ve mantarlardan üretilir, ayrıca deterjan endüstrilerinde, gıda maddelerinde, oleo kimyasal, teşhis ayarlarında ve ayrıca farmasötik alanların endüstrilerinde kullanılır.
Pek çok aktinobakteri, çeşitli doğal kaynaklardan, ayrıca bitki dokularından ve rizosferik topraktan izole edilmiştir. Biyolojik işlevleri esas olarak bakterilerin izole edildiği kaynaklara bağlıdır. Özellikle streptomisetlerin kültür ortamında çok sayıda proteaz salgıladığı bilinmektedir. Benzer şekilde, aktinobakterilerin L-asparaginaz için mükemmel bir kaynak olduğu ortaya çıkmıştır ve bu, esas olarak topraktan izole edilenler gibi bir dizi aktinobakteri tarafından üretilir. Örneğin, S. griseus, streptomyces karnatakensis, streptomyces albidoflavus ve nocardia sp’dir. Limon otu ve zencefil gibi çeşitli Tayland otlarının kökleri ve rizomları, uzun süredir geleneksel Tayland tıbbında mide ağrısı ve astım için kullanılmaktadır. Bu bitkilerin rizosfer toprağı, yeni ikincil metabolitler üretme kabiliyetine sahip çekici bir aktinobakteriyel kaynak olabilir.
Aktinobakteriden katalaz, kitinaz ve üreaz gibi enzimler de üretilir. İlginç bir şekilde, kümes hayvanlarının tavuk tüylerini parçalayan bir enzim olan keratinaz, Nocradiopsis sp’dir. Hindistan’da Tamil Nadu’da tüy döküntülerinden izole edilen SD5’tir. Benzer şekilde, tavuk ve keçi bağırsağından izole edilen aktinobakteriler, amilaz, proteaz, fitaz ve lipaz gibi çeşitli enzimlerin varlığını göstermiştir.
Probiyotikler
Probiyotikler, yemin iyileştirilmiş kullanımını sağlayarak veya besleyici değerini arttırarak, hastalığa karşı konağın tepkisini artırarak konakçı üzerinde çeşitli yollarla yararlı bir etkiye sahip canlı mikrobiyal yardımcı maddelerdir. Diğer bazı önemli uygulamalara rağmen, deniz aktinobakterilerine probiyotik olarak kullanımlarına dikkat edilmiştir. Aktinobakterinin karides patojeniklerine karşı potansiyeli vibrio spp’dir. Deniz antimikrobiyal ajanları, kültür havuzu suyundaki nişasta ve protein gibi makromolekülleri parçalama yeteneklerinden dolayı potansiyel probiyotik suşlar olarak üretilmişlerdir. Son zamanlarda, deniz aktinobakterilerinin sucul patojenlere karşı hastalıkların önlenmesinde olası kullanımı üzerine birkaç çalışma yapılmıştır.
You ve ekibi ise, deniz aktinomisetinin, biyofilm tarafından üretilen biyofilmlere karşı potansiyel bir organizma olarak aktivitesi olduğu, vibrio spp ve neden olduğu hastalığın önlemesi için aktinobakteri kullanımını tavsiye etmişlerdir. Latha ve ekibi tarafından vibrio spp üzerine yapılan başka bir çalışmada, probiyotik özellikler için tavuktan izole edilen 18 aktinobakteriyi taramışlardır. Sonuç olarak, streptomyces sp JD9’u, çok farklı probiyotik özelliklere sahip güçlü bir izolat olduğunu bildirmişlerdir.
Toplayıcı Peptid Feromonları
Toplama, iyi bir probiyotik adayın seçimi için en önemli kriterlerden biridir ve bu, bir veya daha fazla suşa sahip hücrelerin tersine çevrilebilir birikimi sürecidir. Bu birleştirme sürecinin gerçekleşmesi için feromon üretimi, avcılara karşı savunma, eş seçimi ve toplu saldırı ile konakçı direncinin üstesinden gelmeyi içeren ana kriterlerden biridir. Özellikle, kültür süpernatantlarındaki cinsiyet feromonu peptidlerinin sadece aynı türlerle değil, aynı zamanda ilgili türlerle de agregasyonu teşvik ettiği gösterilmiştir. Bu nedenle, bir probiyotiğin kendi kendine toplanma yeteneği, gastrointestinal sistemin kolonizasyonu için bir ön koşuldur, buna karşın pıhtılaşma patojenik bakteriler ile yakın bir etkileşim sağlar.
Peptit feromon aracılı sinyalizasyona uygun bir dizi çalışma olmasına rağmen, aktinobakteriler durumunda eksiktir. Bu nedenle, güçlü aktinobakteriyel probiyondan feromonlar olan dağılabilir topaklaşmayı teşvik eden faktörün izolasyonu ve saflaştırılması hakkında yeni bir rapor vardır. Muthu Selvam ekibi tarafından, keçinin bağırsak bölgesinden izole edilen streptomyces werraensis LD22 tanımlanmıştır. S. werraensis LD22, diğer aktinobakteriyel izolatlarının agregasyon eğilimini destekleyen ve biyofilm oluşturma kabiliyetini artıran, ısıya dayanıklı, asidik, ph’a dirençli, düşük moleküler ağırlıklı bir peptid feromonu salgılar.
Vitaminler
Doğada bulunan B 12 vitamini, bakteri veya aktinobakteriler tarafından üretilebilir. Aktinobakteri fermentasyonlarından B 12 vitamini izolasyonu mikrobiyal fermentasyonlarla olası vitamin üretimine büyük ilgi uyandırmıştır. Ortama kobalt tuzlarının eklenmesi, görünüşe göre tüm aktinobakterilerin vitamin üretmesi için bir öncü görevi görür. Kobalt oldukça etkili bir bakteri yok edici madde olduğundan dikkatlice eklenmelidir. Streptomisin, aureomisin, grisein ve neomisin antibiyotiklerini üreten fermantasyonlar, besiyeri antibiyotik maddelerin verimini görünüşte etkilemeden kobalt ile takviye edilirse bir miktar B12 vitamini de üretilebilir. Yapılan birkaç çalışma, antibiyotik üretmeyen kültürler olan bazı aktinobakterilerin antibiyotik üretenlerden daha fazla bu vitamini ürettiğini ileri sürülmüştür. Leuconostoc citrovorum ve koenzim A. aktinobakterilerin suda çözünen başka vitaminler ürettiği gösterilmiştir.
Koku ve Tat Bileşikleri Üretimi
Aktinomisetler uzun zamandır sudaki küf kokuları ile ilişkilendirilmiştir, ancak tatlı sudaki kokuya gerçek katkıları bilinmemektedir. Ancak 1960’ların sonlarında, ikincil metabolitler, geosmin ve 2-metilizoborneol (MIB) aktinomiset kültürlerinden tanımlanmıştır. Ardından aktinomisetler su endüstrisinde içme suyu tadı ve kokusunun ana kaynakları olarak önemli bir önem kazanmıştır. Gaines ve Collins, streptomyces koku giderici ve toprak kokusunun asetik asit, asetaldehit, etil alkol, izobutil alkol, izobutil asetat ve amonyak gibi önemsiz bileşiklerin bir kombinasyonunun üretiminden kaynaklanabileceği sonucuna varılmıştır.
Kokuya katkıda bulunan diğer bileşenlerin de üretilebileceği vurgulanmıştır. Aktinobakteriden bir dizi koku üreten bileşik tanımlanmıştır. Yeterince arıtılmış su kaynaklarındaki dünyevi kokular, bu kokulara sahip suyun içilmesinin güvenli olmadığını düşünen tüketiciler arasında endişe yaratır. Bu kokular, klorun ardından su hizmetleri tarafından kaydedilen koku sorunlarının en yaygın ikinci nedenidir.
Kaynakça:
mmbr.asm.org/content/80/1/1
sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/actinobacteria
researchgate.net/publication/294705164_An_Introduction_to_Actinobacteria
courses.lumenlearning.com/boundless-microbiology/chapter/gram-positive-bacteria-and-actinobacteria/
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu